KTA50發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇故障的分析

前言：CumminsKTA50發(fā)動(dòng)機(jī)，較多地配備于154噸即170短噸的電動(dòng)輪汽車上，已成為該噸級(jí)的礦用電動(dòng)輪汽車的主要?jiǎng)恿υ础Ｔ趪鴥?nèi)外，被很多黑色冶金、有色礦山、煤炭礦山所采用。在國內(nèi)，隨著進(jìn)口設(shè)備件國產(chǎn)化進(jìn)程加快，有部分質(zhì)量較差的冷卻風(fēng)扇被裝機(jī)使用，呈現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要附件???—冷卻風(fēng)扇良莠不齊的狀態(tài)，帶來了嚴(yán)重的后果，且經(jīng)濟(jì)損失的巨大，本文僅就此作初步的分析。

關(guān)鍵詞：KTA50發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻風(fēng)扇 故障分析 技術(shù)措施

一.故障案例

1.某礦山154噸甲號(hào)卡車，4月20日發(fā)生故障，風(fēng)扇葉片根部加強(qiáng)筋8顆鉚釘斷裂，風(fēng)扇固定螺栓外緣中心骨架斷裂約150mm，80%為舊裂紋，導(dǎo)致骨架根部構(gòu)件與根部加強(qiáng)筋整體甩出，打壞散熱器，設(shè)備因此故障而停機(jī)。

2. 同一礦山的154噸乙號(hào)卡車，5月1日更換發(fā)動(dòng)機(jī)后，更換了新風(fēng)扇輪固定螺栓，5月3日下午發(fā)生故障，風(fēng)扇葉片甩掉一葉，幸好沒有打壞水箱。經(jīng)查記錄，乙號(hào)卡車于3月1日在采場(chǎng)干線坡路頂端轉(zhuǎn)彎處，風(fēng)扇損壞，由于地處交通主干道，加班搶修，更換新風(fēng)扇裝機(jī)，當(dāng)晚生產(chǎn)，那么，可以說該風(fēng)扇只運(yùn)行2個(gè)月即損壞發(fā)生故障。

經(jīng)對(duì)損壞風(fēng)扇檢查，一葉風(fēng)扇整體從根部斷裂甩出，風(fēng)扇固定螺栓處有裂紋（與甲號(hào)車風(fēng)扇大致相同）。目測(cè)可見沒有完全斷裂的裂紋存在，斷裂部位呈“L”型斷裂形狀。

二、故障分析

我們都知道，cumminsKTA50發(fā)動(dòng)機(jī)，額定功率為1600馬力。在全負(fù)荷工況下，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從設(shè)計(jì)上講，必須有足夠尺寸的風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻介質(zhì)（防凍液）進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。以便達(dá)到水溫在85℃～94℃之間的理想發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。據(jù)Cummins有關(guān)資料介紹，KTA50發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下將消耗功率50馬力左右，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、動(dòng)平衡性要求相當(dāng)嚴(yán)格，如風(fēng)扇本身存在動(dòng)平衡的問題、強(qiáng)度不夠的問題，高速高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，風(fēng)扇高頻的振顫及離心力相當(dāng)之大，足以造成相關(guān)機(jī)件故障的產(chǎn)生。具體的說：如風(fēng)扇輪軸承的早期損壞，風(fēng)扇軸端部鎖帽脫出，風(fēng)扇輪固定螺栓的松動(dòng)與斷裂，風(fēng)扇葉片在應(yīng)力集中區(qū)的斷裂，甩出打壞散熱器等一系列問題，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及較大的檢修工作量。

三、具體分析

僅就某礦154卡車甲、乙兩車故障分析看，風(fēng)扇在高速高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，由于高頻巨大的振動(dòng)力、慣性力作用，風(fēng)扇葉本身會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)微量變形，由于風(fēng)扇葉子本身為鋁合金材質(zhì)，可以承受微量變形，這是由鋁質(zhì)材質(zhì)本身的特性所決定的。而故障部位出現(xiàn)在根部固定螺栓外緣處，首先是出現(xiàn)裂紋，隨著使用時(shí)間的延長，達(dá)到相當(dāng)程度后斷裂甩出，就其原因，初步分析有以下兩點(diǎn)。

1、斷裂處在固定螺栓外緣處，位于風(fēng)扇骨架的中心部位，在無外力的作用下，本不應(yīng)損壞。實(shí)際情況是，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，葉片振動(dòng)大，葉片本身鋁質(zhì)材質(zhì)，不易斷裂，而產(chǎn)生斷裂處鐵質(zhì)骨架根部，一是適應(yīng)變形能力差，二是有風(fēng)扇螺栓固定不允許變形導(dǎo)致應(yīng)力集中，在固定螺栓外緣呈不規(guī)則斷裂，由此可見風(fēng)扇葉子整體的強(qiáng)度是不夠的，不能承受高負(fù)荷，高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的載荷，因而產(chǎn)生故障。

2、分析認(rèn)為，某些國產(chǎn)風(fēng)扇葉強(qiáng)度不夠，造成故障的原因是第二位的。最根本的原因是，風(fēng)扇葉本身的動(dòng)平衡性不好，是否經(jīng)過動(dòng)平衡臺(tái)架試驗(yàn)，值得探討。如風(fēng)扇葉子本身動(dòng)平衡性不好，或則沒有經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)。高速高負(fù)荷工況下，其本身存在的失衡慣性呈百倍的加大，必然導(dǎo)致在應(yīng)力集中，在承載力較弱的部位斷裂。為此，風(fēng)扇葉本身的質(zhì)量和動(dòng)平衡性至關(guān)重要，否則將帶來一系列的故障與損失。

簡(jiǎn)言之，風(fēng)扇的動(dòng)平衡性不好，可直接影響破壞風(fēng)扇本身的強(qiáng)度，造成葉片本身的損壞。

四、技術(shù)措施

由于實(shí)際工況中，風(fēng)扇葉、風(fēng)扇輪屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)件，負(fù)載受力大。為此，選用質(zhì)量上乘的風(fēng)扇葉至關(guān)重要，核心問題一是動(dòng)平衡性；二是承載強(qiáng)度。具體可采取如下措施。

1、選用質(zhì)量上乘的風(fēng)扇，最好采用進(jìn)口原機(jī)廠家風(fēng)扇。例如： Cummins公司產(chǎn)品，他們的產(chǎn)品均經(jīng)過嚴(yán)格的動(dòng)平衡檢測(cè)。外觀目測(cè)檢查，進(jìn)口風(fēng)扇質(zhì)量較輕，均打有“made in USA”字樣。且單體為一個(gè)包裝箱。采用國產(chǎn)風(fēng)扇，必須具有動(dòng)平衡測(cè)試合格證，有資質(zhì)、質(zhì)量上乘的廠家產(chǎn)品。

2、采用進(jìn)口風(fēng)扇軸、進(jìn)口螺栓及軸承。實(shí)踐證實(shí)，國產(chǎn)軸，如要保證其裝配尺寸，其承載能力是不夠的，極易產(chǎn)生斷裂，造成損失極為嚴(yán)重。而Cummins的風(fēng)扇軸，它的選材、加工及質(zhì)量是與發(fā)動(dòng)機(jī)主體壽命匹配的，不會(huì)出現(xiàn)早期斷裂問題。進(jìn)口螺栓可以保證在標(biāo)準(zhǔn)的擰緊力矩下承受更大的工作載荷。

3、嚴(yán)格執(zhí)行Cummins風(fēng)扇軸承裝配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，配合間隙，軸向竄動(dòng)量、徑向擺差量，必須符合技術(shù)規(guī)范并按規(guī)定力矩，鎖緊端部固定螺母。采用質(zhì)量上乘的潤滑油進(jìn)行裝配，可借鑒使用Cummins公司推薦的“殼牌”5號(hào)航空高溫潤滑脂為好。按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整風(fēng)扇皮帶張力，過緊，風(fēng)扇軸承負(fù)載大，易產(chǎn)生早期損壞、過松，皮帶打滑，降低皮帶壽命，并影響散熱功效。

4、加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢，及時(shí)消除例如：散熱器下座螺栓松動(dòng)、竄位、散熱器大小拉桿松動(dòng)、散熱器內(nèi)護(hù)板固定螺栓松動(dòng)、上下左右竄位以及風(fēng)扇內(nèi)護(hù)圈固定情況，盡力避免風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于上述部位存在問題，產(chǎn)生刮磨現(xiàn)象，減少機(jī)械損壞。

5、改變風(fēng)扇結(jié)構(gòu)：風(fēng)扇安裝轂采用雙向壓合結(jié)構(gòu)，葉片采用獨(dú)立

葉片軸系安裝結(jié)構(gòu)，即配合方式為孔軸配合，能夠有效減小葉片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力集中問題，防止葉片根部斷裂。葉片獨(dú)立生產(chǎn)能夠保證葉片模型精度，提高風(fēng)扇整體動(dòng)平衡性。

6、改變?nèi)~片材質(zhì)，葉片采用玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺材料，該材料具有質(zhì)量輕、剛性高、耐溫耐候等特點(diǎn)。風(fēng)扇轂采用硅鋁合金壓鑄件，這樣的組合結(jié)構(gòu)能使風(fēng)扇質(zhì)量分布集中，減小葉片離心力，增強(qiáng)風(fēng)扇使用性能。

以上所述，看似僅為冷卻風(fēng)扇問題，實(shí)為不可小視，因?yàn)榇斯收袭a(chǎn)生，將產(chǎn)生一系列嚴(yán)重問題，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，造成檢修工作量大，造成昂貴的機(jī)件損壞、損耗，停機(jī)時(shí)間較長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，為此，冷卻風(fēng)扇好壞也是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題之一，必須引起高度重視。

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